光子元件的关键创新可能会改变超级计算技术
发布时间：2024-02-06 01:00:09 阅读数： 123
基于mems的2 × 2单一门及其测量响应。a,b，基于mems的2 × 2单一栅极的原理图(a)和光学显微镜图像(b)。该门由一个移相器和一个可调谐耦合器组成。方程a给出了理想的无任何光损耗的2 × 2幺正变换栅极的数学描述。资料来源:自然光子学(2023)。DOI: 10.1038/s41566-023-01327-5可编程光子集成电路(PPICs)处理光波的计算，传感和信号的方式，可以编程，以适应不同的要求。韩国大邱庆北科学技术研究所(DGIST)的研究人员与韩国科学技术院(KAIST)的合作者在将微机电系统集成到PPICs方面取得了重大进展。
他们的研究发表在《自然光子学》杂志上。
“可编程光子处理器有望超越传统的超级计算机，提供更快、更高效和大规模并行计算能力，”DGIST团队的韩尚允(Sangyoon Han)说。他强调，除了通过使用光而不是电流来提高速度之外，PPICs的功耗和尺寸的显著降低可能会导致人工智能，神经网络，量子计算和通信方面的重大进步。
这一新进展的核心是微机电系统(MEMS)，这些微小的组件可以相互转换光学、电子和机械变化，以执行集成电路所需的各种通信和机械功能。研究人员认为，他们是第一个将硅基光子MEMS技术集成到PPIC芯片上的，并且以极低的功耗要求运行。
韩说:“我们的创新已经将功耗大大降低到飞瓦水平，与之前的技术水平相比，这是一百万倍的改进。”该技术还可以被构建在比现有选项小五倍的芯片上。
大幅度降低电力需求的一个关键是摆脱目前使用的主要“热光学”系统对温度变化的依赖。所需的微小机械运动是由静电力驱动的——波动电荷之间的吸引和排斥。集成在该团队芯片上的组件可以操纵光波的“相位”特征，并控制不同平行波导之间的耦合，从而引导和约束光。这是构建ppp的两个最基本的要求。这些功能与微机械“致动器”(本质上是开关)相互作用，以完成可编程集成电路。进步的关键是将创新概念应用到所需硅基部件的制造中。至关重要的是，该制造工艺可以与传统的硅晶圆技术一起使用。这使得它与大规模生产的光子芯片兼容，这对商业应用至关重要。该团队现在计划改进他们的技术，以建立并商业化光子计算机，该计算机将在各种应用中超越传统的电子计算机。Han说，具体应用的例子包括人工智能中的关键推理任务、高级图像处理和高带宽数据传输。
韩总结说:“我们希望继续推动计算技术的边界，进一步为光子学领域及其在现代技术中的实际应用做出贡献。”
